云計算技術(shù)課程教學(xué)大綱與實驗指導(dǎo)引言云計算作為新一代信息技術(shù)的核心引擎，已深度滲透至政務(wù)、金融、醫(yī)療等行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型中。本課程面向計算機類專業(yè)高年級學(xué)生，通過“理論筑基+實踐賦能”的教學(xué)體系，系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生對云計算核心技術(shù)的理解與工程實踐能力，為云原生開發(fā)、大數(shù)據(jù)處理等方向的學(xué)習(xí)與職業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。一、課程定位與目標（一）課程定位本課程是計算機科學(xué)與技術(shù)、軟件工程等專業(yè)的專業(yè)核心課，前修課程需涵蓋《計算機網(wǎng)絡(luò)》《操作系統(tǒng)》《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》。課程聚焦云計算的“技術(shù)原理-平臺搭建-應(yīng)用開發(fā)”全鏈條，助力學(xué)生掌握從資源池化到云原生應(yīng)用交付的核心能力。（二）課程目標知識目標：系統(tǒng)掌握云計算服務(wù)模式（IaaS/PaaS/SaaS）、部署模式（公有/私有/混合云）；理解虛擬化、容器、分布式存儲等核心技術(shù)原理；熟悉OpenStack、Kubernetes等主流平臺架構(gòu)。能力目標：具備虛擬化環(huán)境搭建、容器化應(yīng)用開發(fā)、云平臺運維優(yōu)化能力；能結(jié)合業(yè)務(wù)需求設(shè)計云原生應(yīng)用，具備云安全防護的基礎(chǔ)實踐能力。二、課程內(nèi)容模塊（一）理論教學(xué)模塊1.云計算基礎(chǔ)理論解析云計算的起源、核心特征，對比傳統(tǒng)IT架構(gòu)與云架構(gòu)的資源調(diào)度邏輯；結(jié)合電商、醫(yī)療等行業(yè)案例，分析IaaS/PaaS/SaaS的商業(yè)場景適配性。2.虛擬化與容器技術(shù)對比硬件虛擬化（KVM/Xen）與容器（Docker）的隔離機制、性能開銷；通過企業(yè)級虛擬化平臺搭建案例，闡述資源池化的技術(shù)路徑。3.分布式存儲與計算圍繞CAP理論、一致性模型展開，講解Ceph、GlusterFS等分布式存儲的架構(gòu)設(shè)計；結(jié)合MapReduce、Spark框架，理解分布式計算的任務(wù)調(diào)度機制。4.容器編排與云原生深入Kubernetes核心組件（APIServer、Scheduler）與資源調(diào)度策略；通過微服務(wù)案例（如電商系統(tǒng)容器化），實踐服務(wù)編排全流程。5.云安全與治理剖析云環(huán)境下的數(shù)據(jù)泄露、DDoS攻擊等威脅；講解身份認證（OAuth）、數(shù)據(jù)加密等安全機制，結(jié)合云平臺安全配置實踐強化防護意識。（二）實踐教學(xué)模塊實踐體系采用“基礎(chǔ)驗證-進階設(shè)計-綜合創(chuàng)新”三級架構(gòu)，與理論模塊同步推進：實驗層級核心目標代表實驗學(xué)時分配----------------------------------------基礎(chǔ)驗證技術(shù)原理驗證虛擬機搭建、Docker鏡像構(gòu)建8進階設(shè)計技術(shù)整合與方案設(shè)計OpenStack部署、Kubernetes集群管理16綜合創(chuàng)新工程實踐與創(chuàng)新云原生電商應(yīng)用開發(fā)8三、教學(xué)安排總課時建議64學(xué)時（理論32學(xué)時+實驗32學(xué)時），具體周次分配如下：教學(xué)模塊理論學(xué)時實驗學(xué)時教學(xué)周次-------------------------------------------------云計算基礎(chǔ)421-2虛擬化與容器643-5分布式存儲與計算646-8容器編排與云原生869-12云安全與治理6413-15綜合項目實踐21216-18四、考核方式采用“過程+結(jié)果”雙維度考核，綜合評估理論素養(yǎng)與實踐能力：過程性考核（50%）：實驗報告（20%，關(guān)注操作規(guī)范性與問題解決思路）、課堂討論（15%，考察知識理解深度）、項目階段性匯報（15%，評估團隊協(xié)作）。終結(jié)性考核（50%）：理論考試（30%，側(cè)重概念辨析與案例設(shè)計）+綜合項目答辯（20%，考察系統(tǒng)設(shè)計與創(chuàng)新能力）。五、實驗指導(dǎo)體系（一）實驗?zāi)繕送ㄟ^階梯式實驗，使學(xué)生：掌握云計算核心技術(shù)實操方法（如虛擬化部署、容器管理）；具備云平臺應(yīng)用開發(fā)、部署、優(yōu)化的工程能力；培養(yǎng)“問題發(fā)現(xiàn)-分析-解決”的科研思維。（二）實驗項目設(shè)計1.基礎(chǔ)驗證類實驗實驗1：虛擬機環(huán)境搭建與網(wǎng)絡(luò)配置目的：熟悉KVM虛擬化原理，掌握虛擬機網(wǎng)絡(luò)配置方法。環(huán)境：UbuntuServer、KVM工具集。步驟：安裝KVM，創(chuàng)建虛擬機并配置橋接網(wǎng)絡(luò)，部署Web服務(wù)驗證網(wǎng)絡(luò)互通。報告要求：記錄操作步驟，分析虛擬網(wǎng)絡(luò)模式的適用場景。實驗2：Docker基礎(chǔ)操作與鏡像構(gòu)建目的：掌握Docker鏡像/容器管理，理解Dockerfile編寫規(guī)范。環(huán)境：CentOS、DockerCE。步驟：拉取基礎(chǔ)鏡像，編寫Dockerfile構(gòu)建自定義鏡像，推送至鏡像倉庫。報告要求：對比容器與虛擬機的資源占用，分析鏡像分層優(yōu)勢。2.進階設(shè)計類實驗實驗3：OpenStack私有云平臺部署目的：理解OpenStack組件架構(gòu)，掌握多節(jié)點云平臺部署。環(huán)境：3臺UbuntuServer、OpenStackYoga。步驟：部署Keystone、Nova等服務(wù)，實現(xiàn)虛擬機創(chuàng)建與網(wǎng)絡(luò)通信。報告要求：繪制部署拓撲圖，分析服務(wù)依賴與網(wǎng)絡(luò)沖突的解決方法。實驗4：Kubernetes集群部署與服務(wù)編排目的：掌握Kubernetes集群搭建與資源對象管理。環(huán)境：3臺UbuntuServer、kubeadm。步驟：初始化集群，部署NginxDeployment并暴露服務(wù)，測試滾動更新。報告要求：分析Kubernetes資源調(diào)度策略，對比ReplicationController與Deployment。3.綜合創(chuàng)新類實驗實驗5：云原生電商應(yīng)用開發(fā)與部署目的：綜合運用容器、編排技術(shù)，完成電商系統(tǒng)的云原生開發(fā)。要求：微服務(wù)拆分（用戶、商品、訂單），Kubernetes編排，實現(xiàn)彈性伸縮與監(jiān)控告警。報告要求：提交架構(gòu)文檔、代碼倉庫，闡述技術(shù)選型與優(yōu)化思路。（三）實驗實施建議1.環(huán)境準備：復(fù)雜實驗（如OpenStack集群）建議采用物理機或云服務(wù)器，避免資源不足。2.分組協(xié)作：進階/綜合實驗2-3人一組，明確分工（架構(gòu)設(shè)計、開發(fā)、運維）。3.問題解決：鼓勵通過官方文檔、技術(shù)社區(qū)自主排障，教師提供思路引導(dǎo)。（四）實驗考核標準基礎(chǔ)實驗（30%）：操作規(guī)范性、報告完整性。進階實驗（40%）：方案設(shè)計合理性、技術(shù)整合能力。綜合實驗（30%）：項目創(chuàng)新性、工程實踐能力、答辯表現(xiàn)。六、教學(xué)資源與支持教材與參考資料：主教材：《云計算原理與實踐》《Docker與Kubernetes實戰(zhàn)》；參考資料：《OpenStack設(shè)計與實現(xiàn)》、AWS/Azure官方文檔。在線資源：社區(qū)：DockerHub、KubernetesGitHub倉庫。教學(xué)支持